Misura delle capacita' e induttanze con nanovna

[trodaf_4912]

Antefatto
Posseggo una direttiva VHF/UHF Maldol HS-FOX727 e alcuni giorni fa l'SWR in VHF e' andato alle stelle. Da qui la necessita' di smontarla in quanto avevo gia' subodorato che il condensatore da 10pF che va al gamma match dell'elemento delle VHF si fosse deteriorato in quanto le specifiche la danno per una potenza Max di 50W e io sono entrato esattamente con quella. Per verificare il quanto ho dovuto aprire i due tappi in nailon posti nella parte inferiore del blocchetto di alimentazione e poi ho smontato i condensatori. Durante l'operazione si e' rotto un reoforo del condensatore da 5pF per le UHF mentre misurando quello delle VHF con un normale ponte RCL mi leggeva correttamente 10pF. Il problema e' che i ponti RCL non eseguono la misura a frequenze elevate ma ad alcune decine di KHz.  Pertanto ho deciso di misurarlo con precisione utilizzando il nanovna.
Misura
Come si fa ?. Semplice, se si decide di non spostare il piano di riferimento allora la misura occorre farla direttamente sul connettore S11 per evitare di rifare la calibrazione. Pertanto ho inserito un capo del condensatore sul centrale dell'SMA e l'altro capo lo ho "legato" alla massa dello stesso SMA utilizzando un pezzettino di filo da wire wrap. Acceso il nanovna ho lasciato abilitato il grafico della carta di Smith e ho modificato il grafico logmag in quello della reattanza attraverso il percorso : Display->Format->More->Reactance. In questo modo sulla traccia 0 compare il valore della reattanza letta. Dopo ho impostato un range di Stimulus in modo che sulla carta di Smith mi comparisse come traccia un arco di circonferenza in senso orario che arrivasse a coprire i -90 gradi. Ricordo che la reattanza capacitiva e' espressa nei due quadranti inferiori sulla carta di Smith. Poiche' l'impedenza di uscita del nanovna e' 50 OHm, con il cursore sono andato a cercare il punto a -90 gradi sulla carta di Smith che corrisponde alla reattanza letta sulla traccia S0 a -52OHm. In alto a destra con l'indicazione CH0 SMITH si legge il valore corrispondente alla capacita' sotto misura. Nel mio caso la lettura era completamente diversa dai 10pF letti con il ponte RCL. Da qui ho ordinato i condensatori da 5pF e 10pF ma non da 500V di isolamento, come in origine, ma da 1000V (Vishay) COG NP0 per stare sul sicuro.
Questo metodo, se applicato alle induttanze permette anche la lettura della frequenza di autorisonanza in quanto in quel punto la reattanza da induttiva passa a capacitiva e pertanto occorre stare molto lontani da questa.
PS: Nell'attesa di ricevere i condensatori ordinati, per prova ho realizzato un condensatore con RG174 da 5pF con il ponte RCL e in UHF non c'era verso di accordare, l'antenna risuonava a 470MHz senza spostarsi con la regolazione del gamma match. Realizzato lo stesso con la misura effettuata con il nanovna ottenendo una lunghezza di cavo piu' corta e montato sul gamma match sono bastati una serie di due/tre ritocchi al gamma match per portare l'antenna a risuonare a 433MHz.

[kz]

il mago del nanoVNA

[trodaf_4912]

Il problema e' che per ogni tipo di misura occorre conoscerere i limiti di applicabilita' per la strumentazione da usare. La realizzazione di un condensatore in cavo coassiale per l'utilizzo a 430MHz ed utilizzando come strumento di misura un normale ponte RCL porta a risultati non attendibili. Anche in VHF, seppure in modo minore, il problema sussiste. In questo caso occorre un setup piu' adatto allo scopo se no si rischia di prendere fischi per fiaschi.
Comunque il fattore piu' importante e' conoscere e sapere usare la carta di Smith che racchiude in se tutte le risposte alle nostre domande riguardanti le linee di trasmissione.

[Vam200]

Antefatto
Posseggo una direttiva VHF/UHF Maldol HS-FOX727 e alcuni giorni fa l'SWR in VHF e' andato alle stelle. Da qui la necessita' di smontarla in quanto avevo gia' subodorato che il condensatore da 10pF che va al gamma match dell'elemento delle VHF si fosse deteriorato in quanto le specifiche la danno per una potenza Max di 50W e io sono entrato esattamente con quella. Per verificare il quanto ho dovuto aprire i due tappi in nailon posti nella parte inferiore del blocchetto di alimentazione e poi ho smontato i condensatori. Durante l'operazione si e' rotto un reoforo del condensatore da 5pF per le UHF mentre misurando quello delle VHF con un normale ponte RCL mi leggeva correttamente 10pF. Il problema e' che i ponti RCL non eseguono la misura a frequenze elevate ma ad alcune decine di KHz.  Pertanto ho deciso di misurarlo con precisione utilizzando il nanovna.
Misura
Come si fa ?. Semplice, se si decide di non spostare il piano di riferimento allora la misura occorre farla direttamente sul connettore S11 per evitare di rifare la calibrazione. Pertanto ho inserito un capo del condensatore sul centrale dell'SMA e l'altro capo lo ho "legato" alla massa dello stesso SMA utilizzando un pezzettino di filo da wire wrap. Acceso il nanovna ho lasciato abilitato il grafico della carta di Smith e ho modificato il grafico logmag in quello della reattanza attraverso il percorso : Display->Format->More->Reactance. In questo modo sulla traccia 0 compare il valore della reattanza letta. Dopo ho impostato un range di Stimulus in modo che sulla carta di Smith mi comparisse come traccia un arco di circonferenza in senso orario che arrivasse a coprire i -90 gradi. Ricordo che la reattanza capacitiva e' espressa nei due quadranti inferiori sulla carta di Smith. Poiche' l'impedenza di uscita del nanovna e' 50 OHm, con il cursore sono andato a cercare il punto a -90 gradi sulla carta di Smith che corrisponde alla reattanza letta sulla traccia S0 a -52OHm. In alto a destra con l'indicazione CH0 SMITH si legge il valore corrispondente alla capacita' sotto misura. Nel mio caso la lettura era completamente diversa dai 10pF letti con il ponte RCL. Da qui ho ordinato i condensatori da 5pF e 10pF ma non da 500V di isolamento, come in origine, ma da 1000V (Vishay) COG NP0 per stare sul sicuro.
Questo metodo, se applicato alle induttanze permette anche la lettura della frequenza di autorisonanza in quanto in quel punto la reattanza da induttiva passa a capacitiva e pertanto occorre stare molto lontani da questa.
PS: Nell'attesa di ricevere i condensatori ordinati, per prova ho realizzato un condensatore con RG174 da 5pF con il ponte RCL e in UHF non c'era verso di accordare, l'antenna risuonava a 470MHz senza spostarsi con la regolazione del gamma match. Realizzato lo stesso con la misura effettuata con il nanovna ottenendo una lunghezza di cavo piu' corta e montato sul gamma match sono bastati una serie di due/tre ritocchi al gamma match per portare l'antenna a risuonare a 433MHz.

Ciao, ho letto il tuo post e non ho capito se il valore della capacità letta con il nanovna era reale e quindi il componente era erroneamente marcato. 

[trodaf_4912]

Il valore letto con il nanovna e' quello reale. Il valore stampato sul condensatore non era visibile. Le misure con il ponte RCL si possono fare se pero' l'utilizzo dei condensatori e induttanze rimangono confinati a frequenze basse come indicato dal range di frequenza del ponte RCL.

[Vam200]

Il valore letto con il nanovna e' quello reale. Il valore stampato sul condensatore non era visibile. Le misure con il ponte RCL si possono fare se pero' l'utilizzo dei condensatori e induttanze rimangono confinati a frequenze basse come indicato dal range di frequenza del ponte RCL.

Grazie per la precisazione. Io sto facendo dei test di misura con il nanoVna e sono sorpreso della semplicità di musura. Correggimi se sbaglio.
Ho preso un toroide T50-26 e ho provato ad avvolgere 25 spire e poi su un secondo toroide sempre T50-26 ho avvolto 8 spire. Da tabelle teoriche con 25 spire si ottiene una induttanza di 20uH e con 8 spire una L di 2 uH. Ho impostato uno stimulus da 100 khz a 300 khz e ho letto sulla carta di Smith il valore di induttanza applicata alla porta ch0. Ebbene i valori erano rispettivamente 20.3 uH e 2.2 uH per tutto il campo di frequenza. Ti chiedo, il metodo applicato è corretto?

[trodaf_4912]

SI, se segui la procedura che ho scritto nel primo post. Con quel range di frequenza usato come stimolo potevi misurali anche con un ponte RCL. Il problema nasce quando la frequenza e' molto piu' alta e il ponte RCL non ci arriva e allora si usa il vna. Ad esempio vuoi vedere il comportamento di una induttanza choke che alimenta l'anodica di un amplificatore valvolare e vuoi vedere se vi sono autorisonanze nelle bande in cui viene usato l'amplificatore.

[Vam200]

SI, se segui la procedura che ho scritto nel primo post. Con quel range di frequenza usato come stimolo potevi misurali anche con un ponte RCL. Il problema nasce quando la frequenza e' molto piu' alta e il ponte RCL non ci arriva e allora si usa il vna. Ad esempio vuoi vedere il comportamento di una induttanza choke che alimenta l'anodica di un amplificatore valvolare e vuoi vedere se vi sono autorisonanze nelle bande in cui viene usato l'amplificatore.

Ancora una domanda. Quando scrivi che hai impostato un range di frequenza che coprisse un arco di - 90 nel quadrante inferiore della carta di Smith, in quale delle due parti ti sei collocato? Dando per scontato che la parte inferiore della carta di Smith è pari a 180° totali. 

[riccardo74]

Grazie @trodaf_4912 per la condivisione della tua esperienza.

Una curiosità: non andrebbe ritarato il nanoVNa ogni volta che si cambia la finestra di STIMULUS?

Sarebbe una bella cosa poter avere una guida passo passo, per misurare induttanze resistenze e condensatori per chi si avvicina a questo piccolo ma utilissimo strumento, non intendo un video ma proprio una pagina web. Purtroppo in rete ci si perde con tutte le info che si trovano e spesso si da per scontato che molti mastichino di elettrotecnica/elettronica (non è il mio caso) e quindi devo studiare ed approfondire argomenti che per voi sono pane quotidiano.

[trodaf_4912]

Partiamo dal fatto che una capacita', come una induttanza e anche una resistenza non hanno lo stesso valore al variare della frequenza. Per frequenze basse mantengono il loro valore, ma in VHF e soprattutto in UHF possono variare di valore. Esistono componenti realizzati per tali frequenze, ma quelli commerciali no.
La calibrazione che ho fatto io la ho fatta ai capi dei connettori del VNA ed e' sul connettore S0 dove ho connesso la capacita' da misurare. La variazione dello stimolo serve per concentrare i 101 punti di misura sul range di frequenza che si vuole misurare, piu' punti ci sono (stimolo stretto) piu' precisione si ha senza necessita' di interpolazione.
Posto lo stimolo in UHF da 400MHz a 500MHz con la capacita' collegata al connettore della porta S0 si vede sulla carta di Smith una serie di rotazioni. A questo punto mi porto sulla prima rotazione nel punto a -90 gradi perche' la reattanza capacitiva teorica deve essere con R=0 e X al valore che devo trovare. Ecco perche' sul punto a -90 gradi viene visualizzata la reattanza del condensatore e la sua capacita'. 
Quanto scritto vale anche per le induttanze solo che occorre ricercare il punto a +90 gradi ed inoltre si possono visualizzare le varie frequenze di autorisonanza dovuta alla capacita' interspira. Avete mai visto le induttanze choke di anodica di un amplificatore valvolare dove le spire non sono avvolte una di seguito all'altra ma a gruppi.
Di seguito allego i due punti sulla carta di Smith a +90  gradi e -90 gradi.